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申请/专利权人：广西大学

摘要：本发明提出一种基于双转矩损耗模型法的异步电机效率优化控制方法，该控制方法结合已有的磁场定向控制方法下的异步电机损耗模型法，建立基于双转矩控制方法的感应电机损耗模型，在实现变励磁解耦控制的基础上，计算该模型下的动态最优转子磁链，从而实现电机系统实时效率优化。所述方法能够解决异步电机在低速或轻载情况下的效率过低及控制性能较差的问题，在提高电机效率的基础上，实现其各转速范围内快速的转矩动态响应和稳定的磁链调节，特别是针对电动汽车驱动电机在全速域范围内的高效、快速、稳定控制具有一定的实用意义。

主权项：1.一种基于双转矩损耗模型法的异步电机效率优化控制方法，其特征在于，将对电机性能控制更优的双转矩控制方法和损耗模型法最优磁链控制相结合，用于异步电机的高性能和效率优化控制，能够实现控制系统的快速、稳定的转矩和磁链的调节，并且能够提高异步电机各种工况下的实时效率；在使用过程中的步骤为：步骤1：构建基于双转矩控制的感应电机损耗数学模型；考虑铁耗时，对于由铁耗支路与励磁支路组成的回路，根据基尔霍夫电压定律，能够得到铁耗电流α轴分量为： 其中，iFeα为铁耗电流α轴分量，Lm为定、转子同轴等效绕组互感，ωe为异步电机同步转速，RFe为等效铁耗电阻，Lr为转子等效自感，ψrβ为转子磁链β轴分量；铁耗电流β轴分量为： 其中，iFeβ为铁耗电流β轴分量，ψrα为转子磁链α轴分量；以定子电流和转子磁链为状态变量，能推导出电机系统在αβ坐标系下的状态方程为： 其中，isα为定子电流α轴分量，为定子电流α轴分量的导数，isβ为定子电流β轴分量，为定子电流β轴分量的导数，usα为输入的定子电压α轴分量，usβ为输入的定子电压β轴分量，为转子磁链α轴分量的导数，为转子磁链β轴分量的导数，Rr为转子等效电阻，Rs为定子等效电阻，ωr为电机转子转速，定义系数Lδ，系数a，系数b，系数c，系数d为Lδ＝δLs，Ls为定子等效自感，δ为漏感系数，考虑铁耗时的电磁转矩为： 其中Te为电磁转矩，np为极对数；未考虑铁耗时，采用双转矩控制时，选取的状态变量为[]T表示构成行向量的转置，其中表示向量叉乘，⊙表示向量点乘，为转子磁链矢量形式，为转子磁链模的平方，τr为归一化的电磁转矩，ηr为归一化的无功转矩，为定子电流矢量形式，系统控制信号定义为： 其中，uτr为定义的电磁转矩环所控制的输入信号，uηr为定义的无功转矩环所控制的输入信号，为输入的定子电压矢量形式，考虑铁耗时，根据式4，重新定义归一化的电磁转矩为： 在αβ坐标系下，考虑铁耗电流影响，根据式4，重新定义归一化的无功转矩为：ηr＝ψrαisα-iFeα+ψrβisβ-iFeβ7代入式1、2，无功转矩转化为： 从式8得到考虑铁耗时的无功转矩归一化后与原定义一致，这是由于铁耗与无功功率无关；经过计算后的状态方程为： 其中，为转子磁链模的平方的导数，为归一化的电磁转矩的导数，为归一化的无功转矩的导数，J为转动惯量，TL为负载转矩，定义系数e，系数z为 步骤2：步骤1中的式9所述模型为非线性系统，采用线性化解耦处理；为了实现机械系统和电磁系统的双闭环控制，进行线性化解耦处理得到解耦的线性系统；非线性前馈控制量定义如下： 其中，uτr_ff为前馈补偿电磁转矩环所控制的输入信号，uηr_ff为前馈补偿无功转矩环所控制的输入信号，式10带入式9中，线性化解耦后的状态方程为： 式11中第一个和第三个等式为机械子系统，另外两个等式为电磁子系统；在电机损耗模型的基础上，采用这种控制方式，能够将电机系统分为两个部分分别进行闭环控制，与磁场定向控制相比，电流内环由双转矩内环代替，直接控制转矩，能够使系统响应速度加快，且两个系统相互解耦，互不影响；双转矩内环输出为步骤1定义的系统控制信号，输入的定子电压αβ坐标系下的控制分量为： 步骤3：在不同稳态工况下，计算电机可控损耗，即包含定、转子铜耗和定子铁耗的电机损耗，忽略极小的转子铁耗，后简述为总损耗，约占系统损耗的80％；同时计算出使得总损耗最小的最优转子磁链，并将其作为参考转子磁链输入到步骤2所述双闭环控制系统中，实现效率优化控制；根据考虑铁耗的等效电路，得出异步电机功率图，并计算出电机总损耗为： 其中，Ploss为电机总损耗，Pscu为定子铜耗，PsFe为定子铁耗，Prcu为转子铜耗；不同工况，稳态运行时，电机转速及转矩一定，忽略电机参数变化影响，当总损耗对转子磁链的导数为0时，求得使总损耗最小的最优转子磁链为： 其中，为最优转子磁链模的平方；在系统不同运行状态下，根据最优转子磁链调整参考磁链值，从而最小化电机可控损耗，提升电机效率。

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